化学第二单元 元素及其化合物 第11讲 氮及其化合物 .ppt

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1、第11讲氮及其化合物考纲定位选项示例1.了解氮的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解 NO、NO2 等对环境质量的影响。1.N2 NH3NH4Cl(aq)。(2016年江苏卷T9C)2.氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。(2016年新课标卷)考纲导视基础反馈判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)氨气溶于水能导电，所以氨气是电解质()。(2)将可调高度的铜丝伸入稀 HNO3 中，溶液变蓝，则 Cu与稀 HNO3 发生置换反应()。(3)实验室用锌粒、稀

2、HNO3 以及试管、带导管的橡皮塞可制取 H2()。(4)由于反应物浓度越大，反应速率越快，因而常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完()。(5)制二氧化氮时，用水或 NaOH 溶液吸收尾气(6)用湿润的碘化钾淀粉试纸鉴别 Br2(g)和 NO2(7)液氨作为清洁能源的反应原理是 4NH35O2)。)。4NO6H2O()。答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)考点一氮气和氮的氧化物【知识梳理】一、氮族元素N(氮)、P(磷)、As(砷)51氮族元素包括_、Sb(锑)、Bi(铋)五种元素。在元素周期表中位于_族，最高正化合价为_，最高价氧化物的通式为_，

3、其对应水化物的通式为_或_。最低负化合价为_，其氢化物的通式为_。H3RO43RH3第AR2O5HRO32氮族元素原子结构的异同点。5增多增大减弱相同点是最外层都是_个电子；不同点是电子层数逐渐_，原子半径逐渐_。增强减弱3氮族元素化学性质上的主要递变规律。减弱增强从上到下，元素的非金属性逐渐_，金属性逐渐_；最高价氧化物的水化物的酸性逐渐_；气态氢化物(RH3)的热稳定性逐渐_，还原性逐渐_。二、氮气与氮的固定1物理性质。无无难78%_色、_味的气体，_溶于水，难液化，空气中含_(体积分数)的氮气。沸点为195.8，熔点为209.9。2分子结构。NNNN氮气的电子式为_；结构式为_；氮氮三键

4、键能很高。3化学性质。常温稳定，高温活泼。2NO2NH3(1)还原性：N2O2(2)氧化性：N23H2_。_。4用途。合成氨、制硝酸、作保护气等。5氮的固定。氮的固定自然固氮人工固氮使空气中游离态的氮转化为含氮化合物的方法叫做_。氮的固定主要有_和_。三、一氧化氮和二氧化氮的性质1氮元素有1、2、3、4、5 五种正价态，五种正价对应六种氧化物：N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5。2NO 和 NO2 的性质比较。与水反应：3NO2H2O=_；自身化合生成_色的N2O4：2NO2氮的氧化物NONO2色、态、味_色、_味的气体_色、有_气味的气体水溶性_溶于水与_反应化学性质不与水反

5、应；常温下易被氧气氧化：2NOO2=_；较强氧化性：可使湿润的淀粉KI试纸变_无无红棕刺激性难水2NO22HNO3NO无N2O4蓝注意：(1)氮的氧化物都是大气污染物。(2)空气中NO2 是造成光化学烟雾的主要因素。(3)空气中NO、NO2 主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。(4)NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。3.氮氧化物对环境的污染及防治。(1)常见的污染类型。光化学烟雾：NOx 在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。酸雨：NOx 排入大气中后，与水反应生成 HNO3 和 HNO2，随雨雪降到地面。破坏臭氧层：NO2 可使平流层中

6、的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。NO 与血红蛋白结合使人中毒。(2)常见的NOx尾气处理方法。碱液吸收法。2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2NO2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。催化转化法。在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。【考点集训】例1设NA为阿伏加德罗常数的数值，下列说法正确的是()。A.常温常压下，14 g由N2和CO组成的混合气体含有的原子数为N

7、AB.标准状况下，6.72 L NO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NAC.46 g NO2和N2O4混合气体中含有的氮原子数为3NAD.2.24 L NO2含有氧原子数为0.2NA思路指导：涉及混合物的题型，可以采用极端假设法。答案：A解析：N2和CO都是双原子分子，其摩尔质量均为28 g mol1,14 g混合气体的物质的量为0.5 mol，含有的原子数目为NA，A项正确；NO2与H2O发生的反应为3NO2H2O=2HNO3NO,6.72 L NO2为0.3 mol，与水发生反应时转移0.2 mol电子(即0.2NA)，B项错误；46 g NO2和N2O4混合气体相当于含1 mol N

8、O2气体，则含有氮原子数为NA，C项错误；没给特定的条件(温度、压强)，无法确定Vm的值，不能计算，D项错误。5 molL1 NaOH溶液至Cu2恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液例2(20162017 学年河北邯郸大名一中月考)足量铜与一定量浓硝酸反应，得到硝酸铜溶液和 NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与 1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸，若向所得硝酸铜溶液中加入的体积是()。A.60 mLB.45 mLC.30 mLD.15 mL答案：A方法技巧氮氧化物与O2、H2O反应的计算方法(1)电子守恒法。当NOx转化为硝酸时要失去电子，如果是NO

9、x与O2混合，则反应中O2得到的电子数与NOx失去的电子数相等。(2)原子守恒法。4NO2O2和4NO3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，都与N2O5H2O=2HNO3等效。当NO、NO2、O2的混合气体溶于水时利用混合气体中N、O原子个数比进行分析判断。例 3(2015 年湖南模拟)氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。(1)下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分 K值。反应大气固氮N2(g)O2(g)2NO(g)工业固氮N2(g)3H2(g)2NH3(g)温度/27200025400450K3.8410310.151080.5070.152分析数据可知：大气固氮反应属于_(填“

10、吸热”或“放热”)反应。分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因_。从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择 500 左右的高温，解释其原因_。(2)工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定 N2 的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线，如图所示的图示中，正确的是_(填“A”或“B”)；比较 p1、p2 的大小关系_。ABC(3)20 世纪末，科学家采用高质子导电性的 SCY 陶瓷(能传递 H)为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如 C 所示，阴极的电极反应式是_。(4

11、)近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N2(g)6H2O(l)4NH3(g)3O2(g)，则其反应热H_。已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1,2H2(g)O2(g)2H2O(l)H571.6 kJmol1答案：(1)吸热K 值小，正向进行的程度小(或转化率低)，不适合大规模生产从反应速率角度考虑，高温更好，但从催化剂活性等综合因素考虑选择 500 左右合适(2)A p2p1(3)N26e6H=2NH3(4)1530 kJmol1考点二氨和铵盐【知识梳理】一、氨1物理性质。_色有_气味的气体，密度比空气_，易液化，_溶于

12、水(通常 1 体积水能溶解 700 体积氨气)。2分子结构。电子式：_，空间结构：三角锥形。无刺激性小极易NH4 OH。3化学性质。NH3H2O(1)与水反应：NH3H2O_氨气溶于水得氨水，密度小于 1 gcm3，氨水中含有的粒子有_。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解：NH3H2O(2)与酸反应：得到相应的铵盐。_。NH3HCl=_(两种气体相遇产生白烟，可用于两者检验)；NH4ClNH3H2O、NH3、H2O、NH、OH、H4NH3H2O(NH4)2SO4NH4NO3CH3COONH4NH4HCO32NH3H2SO4=_(硫铵、肥田粉)；NH3HNO3=_(硝铵、炸药)；NH3

13、CH3COOH=_；NH3CO2H2O=_(碳铵)。(3)还原性。4NO6H2OAl(OH)33NH44NH35O2_(工业制硝酸)。(4)与某些盐反应。Al33NH3H2O=_实验室制 Al(OH)3。4制法。(1)氨气的实验室制法。反应原理 _气体(与用 KClO3 和 MnO2 制反应装置 固体固体O2 的装置相同)CaCl22H2O2NH32NH4ClCa(OH)2碱石灰向下排空气法白烟蓝色验满方式 净化装置 用_收集装置 _将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有_产生用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变_ 收集时，一般在管口塞一团用水或稀硫酸浸湿 的棉花球，可减小 NH3 与空气的对流

14、速率，收集到纯净的 NH3收集方式(2)工业制法：N23H2_。2NH35用途：制氮肥、铵盐、硝酸、纯碱、作制冷剂等。二、铵盐从反应上看，铵盐都是氨与酸反应的产物；从构成上看，1物理性质。铵盐都是_溶于水的离子化合物。易_(NH3HCl=NH4Cl，试管溶液：NH4 OH_(可用于 NH 4 的检2化学性质。H2ONH3CO2NH3HCl(1)热稳定性差，受热分解。_；NH4HCO3NH4Cl冷上端内壁有白色固体附着)。(2)与碱反应：铵盐与碱共热都能产生 NH3。固态：NH4Cl NaOH_(不能写离子方程式)；NaClH2ONH3H2ONH3 验或铵盐的鉴别)。质是铵盐(或含有NH4)。3

15、铵盐的检验。(1)化学原理：铵盐与碱加热产生氨气。(2)检验方法：把 NaOH 溶液加到某物质(固体或溶液)中，加热后产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，即判断该物【考点集训】)。例 4关于下列各装置图的叙述中，正确的是(A.用氯化铵和氢氧化钙制 NH3B.实验室快速制氨气C.实验室用 NH4Cl 制 NH3D.NH3 的干燥、收集及处理答案：B归纳总结实验室制取少量 NH3 的两种简易方法1.加热浓氨水。(1)反应原理：NH3H2O(2)装置：见图甲。甲NH3H2O。乙NH4 OH，加入固态碱性物质(如 CaO、NaOH、2.浓氨水中加固态碱性物质。(1)反应原理：浓氨水中存在以下平衡：N

16、H3H2ONH3H2O碱石灰等)，消耗水且使c(OH)增大，使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3H2O 的分解。(2)装置：见图乙。例 5(2016 年新课标卷)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2，某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备。ABCDEF氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。预收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应。将上述收集到的 NH3 充入注射器 X 中，硬质玻璃管 Y 中加

17、入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开 K1，推动注射器活塞，使 X中的气体缓慢通入 Y 管中Y 管中_反应的化学方程式_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y 管中有少量水珠生成的气态水凝集打开 K2_解析：(1)在实验室中是利用固体碱消石灰与铵盐NH4Cl混合加热制取氨气，故应选用A 装置，发生反应的化学方程式为2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2O；利用A装置制得的氨气，由于氨气是碱性气体，所以需要利用碱石灰进行干燥，然后再根据氨气的密度比空气小的性质，用向下排空气法收集，氨气是大气污染物，

18、要进行尾气处理，可利用其在水中极容易溶解，用水作吸收剂进行尾气处理，故装置的连接顺序为 adcfei。(2)NO2 具有强氧化性，NH3 有强还原性，两者相遇，会发生反应产生氮气和水，根据电子守恒、原子守恒，可得反应的方程式：8NH36NO2=7N212H2O，故Y 管内看到红棕色气体颜色变浅最终为无色，同时在注射器的内壁有水珠产生；反应后由于容器内气体的物质的量减少，所以容器内气体压强减小。当打开K2 后，烧杯内NaOH 溶液在大气压强的作用下会倒吸入 Y 管内。答案：(1)A2NH4ClCa(OH)2CaCl22NH32H2Oadcfei(2)红棕色颜色变浅，最后褪为无色7N212H2O

19、NaOH 溶液倒吸入 Y 管中8NH36NO2=该反应是气体体积减小的反应，装置内压强降低，在大气压的作用下发生倒吸例 6(2017 届北京师大附中期中)某化学兴趣小组利用如图装置制取氨气并探究氨气的有关性质。(1)装置 A 中烧瓶内试剂可选用_(填序号)。a.碱石灰b.浓硫酸c.生石灰d.五氧化二磷e.烧碱固体备选装置(其中水中含酚酞溶液)(2)若探究氨气的溶解性，需在 K2 的导管末端连接下表装置中的_(填序号)装置，当装置 D 中集满氨气后，关闭 K1、K2，打开 K3，引发喷泉的实验操作是_。(3)若探究氨气的还原性，需打开 K1、K3，K2处导管连接制取纯净、干燥氯气的装置。用二氧化

20、锰与浓盐酸制取氯气，生成气体必须通过盛有_试剂的洗气瓶。D 中氨气与氯气反应产生白烟，同时生成一种无色无味的气体，该反应的化学方程式为_。从 K3 处导管逸出的气体中含有少量 Cl2，则 C 装置中应盛放_溶液(填化学式)，反应的离子方程式为_。解析：(1)在浓氨水中存在平衡：NH3H2ONH3H2O 固体，平衡左移，同时放出大量的热促进氨水的挥发。碱石灰的成分是烧碱和生石灰，将浓氨水加入到碱石灰中能快速制备氨气。(2)氨气极易溶于水，不溶于 CCl4，要用防倒吸装置，因此选择或。要使装置 D 发生喷泉现象，必须使烧瓶中的压强迅速降低，形成内外压强差。用热毛巾将烧瓶捂热，可使 D中氨气受热膨胀

21、，通过导管后溶于水，D 中压强变小即产生“喷泉”。(3)用二氧化锰与浓盐酸制取的氯气中，混有氯化氢气体和水蒸气，通过饱和食盐水除去氯化氢，通过浓硫酸除去水蒸气。探究氨气具有还原性，氯气与氨气反应产生白烟，联系 NH3HCl=NH4Cl可知，“白烟”的成分为氯化铵，氯元素化合价降低，则生成的“无色无味气体”必为氨气的氧化产物，可推知为氮气。氯气是有毒气体，可与强碱溶液反应，因此可用氢氧化钠溶液进行尾气吸收。答案：(1)ace(2)或用热毛巾将烧瓶捂热片刻(其他合理答案均可)(3)饱和食盐水、浓硫酸3Cl28NH3=6NH4ClN2NaOHCl22OH=ClClOH2O考点三 硝酸【知识梳理】1物

22、理性质。无刺激性纯硝酸是_色、易挥发(沸点 83)、有_气味的液体，密度为 1.50 gcm3。浓硝酸(市售)的质量分数为 69%，易挥发出 HNO3，通常为无色或黄色液体(因 HNO3 分解产生的 NO2 溶在其中而呈黄色)，密度为 1.42 gcm3。2化学性质。NaNO3H2OCu(NO3)2H2O(1)硝酸具有酸的通性：HNO3 NaOH=_；2HNO3CuO=_；稀硝酸能使紫色石蕊溶液变红，浓硝酸能使紫色石蕊溶液先变红，后褪色。(2)硝酸不稳定，受热或见光易分解。4HNO3(浓)=_(浓度越高、温度越高、光越强，硝酸越易分解)。2H2O4NO2O2(3)硝酸的强氧化性。Cu(NO3)

23、22NO22H2O硝酸能与除金、铂以外的所有金属反应，产物中没有氢气，硝酸被还原的产物与硝酸的浓度有关。Cu4HNO3(浓)=_。现象：迅速剧烈反应，放出大量红棕色气体，溶液变绿色。3Cu8HNO3(稀)=_。现象：反应较缓慢，放出无色气体，在试管口变成红棕色，溶液变蓝色。3Cu(NO3)22NO4H2O注意：试管口应塞上用碱液润湿的棉团。(4)与有机物反应。HNO3_。3用途：制炸药、染料、塑料、硝酸盐。步骤现象Fe 表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe 表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止Fe、Cu 接触后，其表面均产生红棕色气泡【考点集训】例 7(2015 年北京卷)在通风橱中进行

24、下列实验：A.中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NOO2=2NO2B.中的现象说明 Fe 表面形成致密的氧化层，阻止 Fe 进一步反应C.对比、中现象，说明稀 HNO3 的氧化性强于浓 HNO3D.针对中现象，在 Fe、Cu 之间连接电流计，可判断 Fe是否被氧化答案：C解析：铁放入稀HNO3中发生反应Fe4HNO3=Fe(NO3)3NO2H2O，NO逸出，遇到O2生成NO2，气体由无色变为红棕色，A正确；铁放入浓HNO3中，在常温下会钝化，即在Fe表面形成致密的氧化膜，阻止Fe进一步反应，B正确；浓HNO3的氧化性强于稀HNO3，C错误；在铁、铜之间加一个电流计，根据电子的流向，可判断铁是

25、否被氧化，若电子由铁移动到铜，则铁被氧化，D正确。例8(20162017 学年河北保定定州中学月考)将一定质量的镁、铜合金加入到稀硝酸中，两者恰好完全反应，假设反应过程中还原产物全是 NO，向所得溶液中加入物质的量浓度为3 molL1的 NaOH 溶液至沉淀完全，测得生成沉淀的质量比原)。合金的质量增加 5.1 g，则下列有关叙述中正确的是(A.开始加入合金的质量可能为 16.4 gB.标准状况下产物 NO 的体积为 22.4 LC.生成沉淀完全时消耗 NaOH 溶液的体积为 100 mLD.参加反应的硝酸的物质的量为 0.1 mol答案：C方法技巧硝酸与金属反应的计算方法(1)思维模型。(2

26、)计算技巧。例 9如下图是用浓硝酸、铜片、水等试剂探究浓、稀硝酸的强氧化性并观察还原产物的实验装置。.浓硝酸的强氧化性实验。将铜片置于具支试管的底部，在分液漏斗中加入约 5 mL浓硝酸，往具支试管中放入约 2 mL 浓硝酸，用排水法收集产生的气体。(1)具支试管中发生反应的化学方程式：_。(2)实验中观察到能证明浓硝酸具有强氧化性的现象是_。.稀硝酸的强氧化性实验。(3)上述反应完成后，欲进一步证明稀硝酸也具有强氧化性，紧接的简便、合理的实验操作是_。(4)能证明稀硝酸与铜反应产生 NO 的实验现象是_(填代号)。A.c 中收集到无色气体B.c 中收集到的无色气体接触空气后变为红棕色C.b 中

27、产生的无色气体接触空气后变为红棕色.实验反思。(5)利用该装置先进行铜与浓硝酸反应，再进行铜与稀硝酸反应的实验，其好处是_。两者颜色不同的原因是因为Cu2浓度差异引起的；.问题讨论。用等质量的铜片与等体积的浓硝酸、稀硝酸(硝酸均过量)反应时，发现反应后所得溶液前者呈绿色，后者呈蓝色。对此有两种看法：前者溶液呈绿色，是因为生成的红棕色 NO2 溶解于溶液中引起的。(6)你认为上述看法_(填“”或“”)合理。若是合理，说明理由，若是合理，设计一个简单实验证明：_。(7)若 0.3 mol Cu 和含 1.2 mol HNO3 的浓硝酸充分反应后，生成 NO2 的物质的量_。A.0.2 molC.小

28、于 0.6 molB.0.6 molD.大于 0.6 mol解析：.铜与浓硝酸反应的化学方程式为Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，实验中具支试管中溶液变绿，且有红棕色气体产生。.向试管中加水将浓硝酸稀释后，可以继续进行铜与稀硝酸反应的实验，这样可以利用 Cu 与浓硝酸反应产生的NO2 排出具支试管中的空气，有利于观察铜与稀硝酸反应的产物。.由于硝酸均过量，铜的质量相同，溶液的体积相同，所以铜无论是与稀硝酸反应，还是与浓硝酸反应，生成的Cu2的浓度是相同的，看法是不合理的，可通过向蓝色溶液中通入NO2看溶液是否变绿，或加热绿色溶液看是否有红棕色气体产生来证明。根据化学方程式

29、Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O可以计算出0.3 mol Cu和含1.2 mol HNO3的浓硝酸反应生成0.6 mol NO2，事实上随着反应的进行，硝酸的浓度逐渐减小，所以产生的NO2的物质的量小于0.6 mol。答案：(1)Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O(2)铜片逐渐溶解，溶液变绿，放出红棕色气体(3)往分液漏斗中加水稀释浓硝酸，打开活塞，使稀硝酸流入具支试管中(4)C(5)利用 Cu 与浓硝酸反应生成的 NO2 排出具支试管中的空气，有利于观察 Cu 与稀硝酸反应的产物(6)往蓝色溶液中通入 NO2，溶液变成绿色(或加热绿色溶液，有红棕色气体产生，溶液变成蓝色)(7)C